电动汽车控制器供电用反激式开关电源设计综述

摘 要 反激式开关电源因其效率高、体积小、可靠性高以及初次级隔离的优点非常适合于电动汽车驱动控制器电源应用。本文基于UC2843设计用于电动汽车控制器各模块供电的反激式开关电源，并对开关电源重要电路参数进行优化设计，最终制作了实验样机，实验结果表明该电源模块可以稳定输出直流电压，满足控制器供电要求。

关键词 电动汽车；开关电源；UC2843

Design of Fly-back Switching Power Supply for Electric Vehicle Controller

Gao Jian

（Polytechnic Institute， Zhejiang University， Hangzhou 310027， China）

Abstract Fly-back switching power supplies are very suitable for power applications of electric vehicle driver controllers due to their advantages of high efficiency， small size， high reliability and primary secondary isolation. Based on UC2843， this paper designs a multi-output fly-back switching power supply for each module of the electric vehicle controller， optimizes the important circuit parameters of the switching power supply， and finally makes an experimental prototype. The experimental results show that the power supply module can stabilize the output DC voltage and meet the power supply requirements of the controller.

Key words Electric vehicle； Switching power supply； UC2843

前言

傳统汽车尾气排放会对环境造成严重污染，随着环境污染日益严峻，燃料能源面临日渐短缺，电动汽车由于能耗低、污染小等优点已成为汽车工业发展的重要方向。目前各国的汽车生产商都在加大对电动汽车的研发，而电驱动系统作为电动汽车整车的核心部分，其硬件结构设计和控制理论方法的研究是提高电动汽车驱动性能的关键。

电源作为电动汽车电机控制器的动力来源，其安全性和可靠性直接决定了电机控制器的性能，而开关电源性能可靠，低功耗，高效率，即使输入电压波动比较大，输出也能保持稳定。这些优点使开关电源非常适合电机控制器的电源应用。

开关电源随着电力电子技术的发展不断更新换代，现在的电源技术应用已经设计到生活的方方面面。开关电源包含DC/DC与AC/DC两个大类，电动汽车动力的来源来自车载锂电池，所以电机控制器中的开关电源是使用DC/DC变换，其工作模式主要有脉宽调制方式和频率调制方式两种[1-2]，作用就是将固定的电压值转变成其他直流电压值。

1 基于UC2843反激式开关电源设计

1.1 开关电源原理

开关电源主要由整流桥，高频变压器，功率管，输入输出整流滤波以及EMI滤波器件组成，原理结构图如图1所示。EMI滤波器主要包括差模电感，共模电感，X电容等器件，其作用主要是为了抑制功率半导体器件开关动作产生的dv/dt和di/dt共模和差模噪声信号；输入滤波电容的选择，特别是聚丙烯电容CBB的选择，会对系统EMI有影响；输出滤波电容的选取主要是为了满足输出电压的纹波要求。

1.2 UC2843开关电源设计

UC2843是工业级高性能定频电流模式控制器，此次基于UC2843设计的开关电源技术参数如下：输入电压72V，一共有两路输出，一路为12V/1A，一路15V/0.8A，输出功率为24W。12V输出再通过LDO降压成5V和3.3V给DSP、通讯模块等供电，15V输出给PWM驱动IRS21867芯片供电[3]。

1.3 启动时间与系统工作频率选择

UC2843启动电压典型值为8.5V，启动电流典型值为0.5mA，最大值为1mA，启动时间 t 与启动电阻 R 与VCC电容C大小有关，关系如下：

由式（1）可知，虽然选择电容值越小，电容电压达到8.5V的时间越短，但实际电容值的选择并不是越小越好，因为在辅助绕组给IC供电前，电容C的电压不能低于7.6V（UC2843的VCC掉电重启电压）。

系统的工作频率太高，EMI器件成本较高，频率太低，需要选择更大的变压器尺寸，所以系统工作频率一般选择40kHZ附近，其可通过UC2843外部8脚和4脚之间的电阻RT与5脚接地电容CT决定，其工作频率计算如式（2）所示：

式中：RT为震荡限流电阻，要求大于5kΩ，CT为震荡充放电电容。

1.4 变压器参数设计

取系统的占空比为Dmax=0.4，应小于UC2843系统工作最大占空比0.5，原边峰值电流为：

由式（3）可得Ipk=1.67A，Po为输出功率24W。

电机控制器由锂电池组供电，Vin（max）与Vin（min）基本一致，以下公式中均由Vin代替，变压器的初级电感量计算如式（4）所示，系统频率 f 选择40kHZ：

变压器选择EE25卧式，磁芯Ae值为42.2mm2，ΔBmax为磁芯磁通密度最大变化量，根据磁芯不同材质会有所不同，为了留有足够的余量，取0.25T，初级线圈匝数可由式（5）得出[4]：

2 实验验证

基于以上UC2843外围电路参数计算，设计了电机控制器用反激式开关电源，其电路原理图如图2所示。该原理图为了简化，去掉了抑制EMI的部分电路[5]。

开关电源上电启动时的波形如图3所示，由波形可知：启动时间为500ms，VCC电压达到8.5V时，开关电源开始工作，启动后12V输出和15V稳定输出。

开关电源稳定运行时的波形如图4所示，由波形可知：电源稳定运行时，系统工作频率在40kHZ左右COMP电压在1.5V左右保持稳定，15V输出很平稳，能够满足电机控制器驱动电源的要求[6]。

3 结束语

（1）本文基于UC2843设计用于电动汽车控制器供电的反激式开关电源，并对开关电源重要电路参数进行优化设计，最终制作了实验样机。

（2）通过实验结果验证了该电源模块可以稳定输出直流电压，满足控制器供电要求。

参考文献

[1] 方赦.高频开关电源的技术现状与发展趋势[J].通信电源技术，2019，

36（05）：239-240.

[2] 董伟梁.浅析通信系统中开关电源及其应用与发展[J].中外企业家，2019，（15）：135.

[3] 冯延强，杨建涛，乔宝强，等.基于UC3845反激式开关电源设计及其在测井仪的应用[J].铀矿地质，2019，35（03）：165-169.

[4] 练新平.多路输出反激式开关电源的设计[J].科技与创新，2019，（08）：

134-135.

[5] 李苏洺.车载开关电源设计分析[D].长春：吉林大学，2018.

[6] Sanjaya Maniktala.精通开关电源设计（第二版）[M].北京：人民邮电出版社，2016：119.